2.3.2 不同初始落速条件下500 kg燃料抛撒过程
1.初始静态条件下500 kg燃料抛撒过程(图2-14)
图2-14 静态条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))
图2-14 静态条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
如图2-14所示,初始静态条件下500 kg燃料在中心载荷作用下200 m/s内燃料主要沿径向运动,少量燃料在被中心燃料起爆形成的气体带动向倾斜上方和下方运动,在抛撒50 m/s时刻已经有回流现象出现,在抛撒100 m/s时刻云雾中心已经有大量燃料聚集。云雾中心的燃料在径向上的运动受阻,转而沿轴向运动,部分燃料在100 m/s时刻沿轴向上形成了射流,更多的燃料则是受到重力作用沉向地面。而没有受到回流作用影响的燃料则离开了云雾中心沿径向四周不断扩散,在200 m/s时刻之后燃料径向运动减缓,轴向扩散作用逐渐加强;在500 m/s时刻燃料形成了一个圆饼形状,厚度为6.8 m,半径为19.9 m。
浓度分布方面,同50 kg抛撒过程类似,500 kg燃料抛撒过程中也出现了云团中心和边缘附近两个较高浓度区域。中心处的燃料浓度相对过高,并不适合对云雾进行起爆,因此对静爆而言,较为理想的云雾起爆位置还是在云团边缘附近的高浓度区域范围。
2.初始100 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程(图2-15)
图2-15 初速100 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))
图2-15 初速100 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
初始下落速度100 m/s条件下500 kg燃料的抛撒过程同50 kg燃料较为相似。在中心载荷作用下,部分燃料获得了较大的径向速度沿径向向外迅速扩散、膨胀;另一部分径向速度较小的燃料则聚集在中轴线上,在初始落速的作用下沿中轴线向下运动,逐渐脱离了上部燃料主体。最终整个云团被分成两部分:上部的椭球形云团和下部的柱状云团。下落速度500 m/s时刻上部椭球形云团部分径向半径为16.3 m,轴向高度为18.7 m;下部圆柱形部分相对较短,仅6.8 m。
浓度分布方面,下落速度的存在使得静态条件下云雾中心处的高浓度区域在轴向上被“稀释”了,而对应于边缘附近的高浓度区域依然存在,然而随着时间的推移该区域也有了向中轴线上聚集的趋势。
3.初始300 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程(图2-16)
图2-16 初速300 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))
图2-16 初速300 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
随着初始下落速度增大到300 m/s,云团在轴向方向上被进一步拉长,而在径向方向上则相对100 m/s下落速度有所收缩。截至500 m/s时刻,上部椭球状云团径向半径为14.1 m,轴向长度为18.9 m,下部杆状云团长度为21.9 m。类似于50 kg燃料,这里实际上整个云团似乎逐渐发展成一个V字形的形状,上下部分云团的分界并不显著,为了便于分析,将云团分成上下两个部分来描述。
浓度分布方面,同样形成了中心和边缘两个相对较高浓度区,初始下落速度增加使得中轴线附近的燃料比例有所增加,下沉也更加迅速。边缘处高浓度区域随着时间的推移也在向中轴线逐渐靠拢,这可能是由于在初始下落速度和空气阻力两者共同作用下,在上部云团中出现了比较强烈的湍流作用。湍流将中心载荷驱动作用下运动到边缘附近的高浓度区域向中轴线处旋近,使得该区域也随着时间的推移向中轴线处靠拢。
4.初始500 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程(图2-17)
图2-17 初速500 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))
图2-17 初速500 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
图2-17 初速500 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
随着初始下落速度进一步增大,云团上部椭球形、下部杆状的形态特征变得更加清晰。在初始下落速度500 m/s的条件下,500 ms时上部椭球状云团的径向半径为15.9 m,轴向高度为15.5 m;下部杆状云团被进一步拉长,长度增加到25.8 m。
浓度分布方面,500 m/s下落速度条件下的云团浓度分布与300 m/s下落速度条件下的情况较为相似。只是随着初始下落速度的增加,中轴线上聚集的燃料相对更多。
5.初始700 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程(图2-18)
图2-18 初速700 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))
图2-18 初速700 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
图2-18 初速700 m/s条件下500 kg燃料抛撒过程浓度分布(颜色表示燃料浓度/(kg·m-3))(续)
当云团初始落速增大到700 m/s时,云团整体在轴向上被拉扯得更长,更多的燃料进入下部的杆状云团中。云团在60 m/s时刻依然出现了中轴线和径向四周两个高浓度区域,而径向四周的高浓度区域向中轴线处靠拢的趋势更加显著。落速在500 m/s时刻,两个高浓度区域几乎已经融为一体,上部云团径向半径为15.7 m,轴向长度18.5 m;下部云团长度拉扯到33.9 m。